新型Boost逆变器在光伏系统中的应用研究

论文摘要

随着世界能源危机的到来、生态环境的日益恶化和人类可持续发展要求,大力开发可再生能源成为当今重要的战略任务。太阳能资源丰富广泛、可再生、不污染环境,这使得光伏发电成新能源开发中的主流。而光伏逆变器是光伏发电系统中的核心部分,其效率高低、可靠性好坏将直接影响整个系统的性能。本文研究了一种新型Boost AC模块式光伏逆变器,并以DSP和IPM为核心设计了硬件系统,具有优良的性能。本文主要研究内容如下：在对近几年光伏逆变器的发展、结构、控制方法、应用范围研究的基础上,将一种新型的Boost型拓扑结构成功应用在AC模块光伏逆变器中。本文详细介绍了Boost逆变器的工作原理和各种工作模式,建立了小信号模型,分析了稳定性。该拓扑结构克服了传统的基于Buck型逆变器的诸多缺点,通过控制可以使其交流侧输出电压低于或者高于直流侧电压,使逆变器结构更紧凑,效率更高。深入研究了Boost逆变器在光伏系统中应用所采用的SPWM控制算法。对于独立运行时,在分析了传统的滑模控制算法基础上,采用了一种新型的电压电流双闭环控制,具有更好的输出特性。对于并网运行时,采用了基于补偿量前馈的直接电流控制,能够较好的实现逆变器的单位功率因数控制。对于各种控制算法都使用MATLAB/Simulink进行了仿真验证。对于光伏阵列进行了精确的数学建模,采用电导增量法实现了光伏阵列在并网和独立运行时的最大功率点跟踪控制。其中对于独立运行时,采用了一种并联式MPPT实现方法,大大提高了系统效率。对于并网和独立运行时的MPPT控制算法和实现方法都进行了仿真验证。详细介绍了逆变器主电路参数设计和控制电路设计,完成了基于TMS320F28335和IPM PM50CLA120架构的光伏逆变器硬件系统设计。同时完成了基于整套硬件系统的软件设计,包括主程序、中断子程序以及软件锁相环的程序设计等,给出了相应的程序流程图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳能光伏发电发展现状及前景
• 1.1.1 世界太阳能光伏发电发展现状
• 1.1.2 我国太阳能光伏发电发展现状
• 1.1.3 太阳能光伏发电发展前景
• 1.2 光伏发电逆变系统架构
• 1.2.1 集中式逆变器
• 1.2.2 单组式逆变器
• 1.2.3 多组式逆变器
• 1.2.4 AC模块逆变器
• 1.3 本论文所做工作
• 第二章 新型Boost型逆变器工作原理
• 2.1 传统光伏逆变器拓扑分析
• 2.2 Boost逆变器工作原理
• 2.3 Boost逆变器工作模式的分析
• 2.4 Boost逆变器小信号模型分析
• 第三章 控制算法分析
• 3.1 概述
• 3.2 Boost逆变器独立运行控制策略
• 3.2.1 滑模控制策略
• 3.2.2 电压电流双闭环控制策略
• 3.2.3 逆变器独立控制策略仿真分析
• 3.3 Boost逆变器并网运行控制策略
• 3.3.1 PWM整流器原理
• 3.3.2 带有补偿量前馈的直接电流控制策略
• 3.3.3 并网控制策略仿真分析
• 第四章 Boost逆变器MPPT设计
• 4.1 MPPT基本原理
• 4.1.1 太阳能电池基本输出特性
• 4.1.2 太阳能光伏阵列数学建模
• 4.2 MPPT算法研究
• 4.2.1 常用MPPT算法
• 4.2.2 增量电导法及其仿真
• 4.3 独立运行系统MPPT的实现
• 4.4 并网运行系统MPPT实现
• 第五章 硬件电路设计
• 5.1 主要电路参数设计
• 5.1.1 直流侧电容的设计
• 5.1.2 交流滤波电感的设计
• 5.1.3 直流储能电感的设计
• 5.1.4 输出滤波电容的设计
• 5.1.5 开关器件的选择
• 5.2 控制电路设计
• 5.2.1 控制电路设计架构
• 5.2.2 TMS320F28335简介
• 5.2.3 控制电路供电电源设计
• 5.2.4 电平转换电路设计
• 5.2.5 信号采集电路设计
• 5.2.6 保护电路设计
• 5.2.7 电能计量电路设计
• 5.2.8 通讯电路设计
• 第六章 系统软件设计
• 6.1 系统主程序设计
• 6.2 系统中断程序设计
• 6.3 软件锁相环设计
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表